하수슬러지의 퇴비화 기술

Ⅰ.서론

2001년부터 하수슬러지의 직매립이 금지되고 2006년까지 하수처리장 보급이 확대되면 그 양은 더 늘어난다. 이에따른 조치로 소각과 퇴비화가 부각되고 있다. 퇴비화는 자원과 에너지의 소비를 최소화하고 자연생태계를 보전하는 총체적인 환경관리의 의미에서 중요하다. 또한 하수슬러지로 만든 퇴비의 사용은 토양중 유기물 함량을 증가시켜 식물의 영양공급원으로서의 효과, 토양중의 생물상 유지 및 증진을 도모하여 유해물질 분해기능을 증가시켜 토양의 환경정화능력을 강화시키므로 화학비료 대체효과도 높일 수 있다.

Ⅱ. 유사퇴비화 기술(축산폐기물 퇴비화)

1. 축산폐기물 성분분석

●성분분석을 하는 이유는 퇴비화 하고자 하는 대상의 수분, C/N비, pH가 적당히 맞아야 한다. 적정 수분은 50~65%, C/N비는 30~40, pH는 6~8정도 이다. 이에 수분 및 C/N비를 맞히기 위해 톱밥을 섞었다. 톱밥대신 왕겨나 볏짚 종이 등으로 조절을 할 수 있다.

●퇴비전 시료의 중금속 양이 규제값 이상으로 높게 나왔다.

2.1 실험방법

●유기물, 수분, 분해미생물, 톱밥을 더미로 쌓아 1차 반응을 완료 한뒤에 2차 반응기 또는 반응조를 이용하여 2차 발효를 시키고 산소공급을 해주었다. 이렇게 완성된퇴비는 C/N비 10~20, 수분 30% 미만이 된다.

2.2 실험결과

●data(1)퇴비의 성분분석

우분과 돈분의 경우 C/N비가 조금 높게 나왔으나 계분은 적정          C/N비가 나왔다

●data(2)퇴비의 중금속 성분분석

초기 시료에서는 대부분의 중금속이 규제값이상으로 나왔으나 퇴       비후에는 대부분 규제값이하로 떨어지는 것을 볼 수 있다.

●data(3)

또 한가지 퇴비화시용에 있어서의 문제점은 병원미생물의 유무이       다. 본실험에서는 퇴비의 부숙온도가 3가지 시료모두 60℃를 넘었       고 60℃가 넘으면 살모넬라나 대장균같은 병원미생물들이 약 4~5       일이면 모두 사멸된다는 것을 볼 수 있다.

●퇴비의 부숙도 및 시용결과

퇴비화의 부숙도 판정은 이화학적방법과 생물이용법으로 나뉜다.       온도, pH, C/N비, 비닐주머니법등은 이화학적방법에 포함되며 지       렁이 이용법, 발아 시험법, 유식물 시험법은 생물이용법에 포함된       다.

3. 생성퇴비의 식물실험 및 이용방안

●사진1(유식물 시험법)

화분에 적정비율로 흙과 퇴비를 섞은 뒤 유식물이 성장하는 정도를      보고 퇴비의 시용을 판단한다.

●사진2(발아 시험법)

퇴비를 중탕시켜서 나온 액을 거름지를 깐 페트리디쉬에 넣고         씨앗을 약 30알 넣은 뒤 발아 정도를 본다. 증류수에 비해 90%이상      발아를 했을 경우 시용에 문제가 없는 것으로 본다

4. 결론

●기대효과

-기존 중금속 문제 및 악취 감소

- 축산폐기물의 재활용

- 자원화 및 자원의 생태 순환계 환원/환경보존

- 경작지의 보수성 향상 및 유기함량 증가에 따른 화학비료의 대체 효과

Ⅲ. 하수슬러지 발생현황 및 처리현황

1. 발생현황

●하수슬러지는 농축과정만을 거쳐 배출되는것과 소화과정을 거쳐 배출되는 것에 따라 그 발생량의 차이가 있을 수 있으며 합류식관거인가, 분류식 관거인가에 따라 크게 다를 수 있다. 그러므로 실제 발생량과는 차이가 다소 있을 것으로 예상이 된다.

2. 처리현황

각 사업소 별로 처리상 차이는 있으나 대부분의 경우는 매립에 의존하고 있다. 올해부터 직매립이 금지되어 있다. 매립 이외의 처리방법으로 소각을 검토하고 있다. 또한 현재의 발생현황 및 처리현황은 재활용 보다는 소각을 이용함을 알 수 있다.

Ⅳ. 하수슬러지 성상

1. 조사대상 처리장

●공단등이 입지되어 있지 않고 소규모 도시 및 농촌 지역으로 형성되어 거의 모든 유입수가 생활하수인 농촌형, 대규모 도시 내에 소규모 공단등이 입지 되어있으나 압도적으로 주거지역의 비율 즉 생활하수유입이 많은 도시형, 그리고 주거지역이 일부입주 되어 있으나 주로 대규모 공단으로 이루어져 있는 공단형으로 분류한다.

2. 시료채취

대표 시료 채취를 위하여 장마시기 및 비가 오는 날등을 제외하고는 시료채취 지점에서 1주일 전부터 비가 내리지 않는 것을 확인한 후 시료채취는 권역별로 직접방문하여 탈수가동의 탈수기에서 배출되는 것을 직접 채취하였다.

3. 성상분석 방법

퇴비화와 소각에 필요한 항목에 대하여 중점 분석 하였다. 즉 함수율, VS, 발열량, 원소분석도 동시에 분석하였다.

4. 분석결과 및 고찰

●<표1, 2, 3>는 읍면단위지역, 공단지역. 도심지역 모두 수분이 73~ 80%정도로 나타나므로 수분조절이 필요한 것을 의미한다.

●<그림 1>은 함수율이 높아짐에 따라 유기물 함량이 증가하고 유기물 함량이 증가하면 탈수효율이 떨어지는 것을 볼 수 있다.

<그림 2>는 건조 고형물 내의 유기물 함량이 증가함에 따라 휘발성 고형물질양은 증가하고 반대로 회분량은 감소하는 경향이 나타났다.

<그림 3>는 탄소함량이 증가함에 따라 질소 함량도 증가하는 경향이 관찰. 즉, 하수슬러지의 경우 탄소함량을 측정하면 질소함량의 추정이 가능함을 도출할 수 있다. 퇴비화를 실시할 경우 C/N비의 균형을 고려하여 질소 유실을 억제하는 제어기법이 필요하다.

<그림 4>몇군데의 처리장을 제외한 대부분의 처리장에서 크롬 및 구리의 함량이 기준치 이하로 분석 되었다. 기준치 이상으로 나온 처리장은 시료채취시 신중히 검토할 필요성이 있다.

Ⅴ. 1톤/일 처리규모의 하수슬러지 퇴비화

1. 퇴비화장치의 구성

● 퇴비화 장치의 구성시 고려해야 할 점

-발생열이 냉각되는 것을 방지하는 범위 내에서 공기를 공급 해 주어야 한다.

-수분조절을 위한 통기 개량제나 전처리 조작에 의한 수분 감소조작이 필요하다.

-외부로 발열되지 않고 유지되도록 보온 대책을 강구 해야 한다.

-생성된 퇴비를 반드시 반송시켜야 한다.

-생성된 열에 의하여 증발하는 수분은 완전응축시켜야 한다.

2. 퇴비화장치의 설명

①전처리 과정

케이크 내의 수분제거를 목적으로 한다.

②본처리 과정

열의 보온, 공기량 조절, 증발되는 수분의 배출, 내용물의 혼합 등	각종인자를 제어 해야 한다.

③숙성 과정

포장용기에 넣어서 1~2주정도 방치한다.

3. 운전결과

●<그림 5>설계상에서 지표로 한 건조단의 63% 전후의 수분함량을 얻기 위해서는 65℃에서 운전하는 것이 최적인 것으로 판정되었다.

<그림 6>초기에 적은양(400~600kg)에는 수분제거량이 온도변화에 따라 차이가 많으나 그 양이 증가함에 따라(700~1,000kg)수분제거율의 둔화 현상이 관찰된다.

<그림 7,8,9>각 단계별 공기량에 따른 온도변화를 보여주고 있다. 1 단의 경우 0.7m3/min정도가 50℃를 유지하기에 적당하고 2단의 경우는 0.5m3/min에서 가장 활성이 좋고,3단의 경우에는 0.3m3/min 정도가 적당한 것으로 나타났다.

●<그림 10>각 단계별로 pH 증가현상이 관찰되었으며 초기값인 pH6.8정도에서는 건조에 의한 변화가 없었으나 30%의 반송퇴비와 혼합되면서 증가하기 시작하여 발효단에서는 암모니아의 발생과 함께 증가현상이 관찰되어 최종적으로 pH8부근을 유지했다. pH의 증가는 발효단에서 미생물의 대사가 활발하게 이루어지고 있는 것을 의미하고 CODshd도의 변화는 증가에서 감소현상이 나타나는데 이러한 결과는 초기에 미생물에 의하여 고분자물질이 분해되면서 저분자화되어 저분자화한 물질이 미생물에 의하여 재차 분해되면서 용해성 저분자물질이 감소되어 가는 의미이다. 따라서 물질의 성상변화에서 볼 수 있듯이 반응조내에서 미생물 분해가 활발하게 일어나 퇴비화가 진행되고 있는 것으로 확인되었다.

<그림 11>함수율은 반응의 진행단계에 따라 변하였으며 당초 설계된 80%에서 건조하여 65%, 발효 1단에서 50%전후, 발효 2단에서 40%전후, 발효 3단에서 35%전후를 유지했다. 또한 운전기간중에 암모니아 농도가 높게 관찰되었으며 발효 2단에서는 200ppm까지 나타났다.

유기물 분해는 초기에 68%전후의 함량을 나타내었으며 건조단에서는 유기물 분해가 거의 없었으나 발효단을 거치면서 분해가 왕성하게 일어나 최종적으로 45~50%까지 분해되었다.

Ⅵ. 생성퇴비의 식물실험 및 이용방안

1. 생성퇴비를 이용한 식물실험 결과

●<표 4>발아시험법으로 무시비구에 비해90%이상의 발아가 일어났다.

<표 5>기존판매용 유기질비료와 비교해서 더좋은성장속도가나타났다.

<표 6,7>고추와 방울토마토의 재배에서도 다른 판매용 비료보다 더 좋은 성장 결과가 나타났다.

<그림12, 13>열무의 발아율과 성장률을 나타내 그래프로써 성장은 유기질비료보다 뛰어나지만 발아율은 유기질비료가 더 뛰어났다.

2. 생성퇴비의 품질분석

●<표 8>중금속은 기준치이하로 배출되고 있으며 성상분석시 분석된 자료에 비하여 낮은 값을 유지하고 있다.

Ⅶ. 결론

●식물실험이나 품질분석으로 하수슬러지도 충분히 퇴비로써 재활용할 수 있다는 결과를 보았다. 단순매립에 의존했던 하수슬러지 처리는 97년 7월부터 개정 시행된 폐기물 관리법 시행규칙에 의해 금년, 즉 2001년 부터는 하수슬러지의 직매립을 금지하고 있다. 그래서 현재의 처리방법은 대부분이 소각처리이고 앞에서 대두되었듯이 중금속 문제와 이용자들의 인식전환만 해결되면 퇴비화 해서 재활용하는 방법이 가장 좋다.

Ⅷ참고문헌

첨단 환경기술 98년 7월호 page 68 ~ page 74

첨단 환경기술 98년 8월호 page 73 ~ page 81

첨단 환경기술 98년 9월호 page 67 ~ page 73

첨단 환경기술 98년 10월호 page 61 ~ page 66

신혜자 2000 산·학·연 컨소시엄 연구개발 결과보고서 (축산폐기물 처리 시스템개발을 위한 고활성 미생물 활용방안)

환경부 2000환경백서 page168